三菱電機(jī)DIPIPM™經(jīng)過25年的發(fā)展，產(chǎn)品封裝形式由第2代的2個(gè)封裝發(fā)展到了目前的7大封裝，最大電流由最初的25A擴(kuò)展到了100A，電壓規(guī)格可以滿足600V、1200V的應(yīng)用需求。產(chǎn)品也由起步時(shí)的幾個(gè)型號(hào)發(fā)展成為上百個(gè)型號(hào)的龐大家族。如何區(qū)分這些產(chǎn)品？它們之間又有何相關(guān)性？下面就這些產(chǎn)品如何分類及產(chǎn)品之間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行介紹。比較簡(jiǎn)單的產(chǎn)品分類是按照工作電壓進(jìn)行劃分，三菱電機(jī)DIPIPM™工作電壓主要分為600V和1200V，分別滿足單相220V~和3相380V~供電的電力變換系統(tǒng)。產(chǎn)品也可以按照采用的芯片技術(shù)進(jìn)行分類，比如產(chǎn)品由于采用的芯片技術(shù)不同而劃分為第2代､第3代､第4代等，同一代的產(chǎn)品通常采用技術(shù)水平相當(dāng)?shù)男酒夹g(shù)。三菱電機(jī)DIPIPM™最主要的分類方法是按照產(chǎn)品封裝進(jìn)行分類，目前三菱電機(jī)DIPIPM™有7大封裝。它們分別是：SOPIPM™､SLIMDIP™､超小型封裝､小型封裝､大型封裝､DIPIPM+™､大型DIPIPM+™。這些封裝一起構(gòu)成了三菱電機(jī)DIPIPM™家族。圖1給出了這些封裝的外觀圖及它們之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。
不同封裝的DIPIPM™通常其最大額定電流不同，封裝體積越大的產(chǎn)品額定電流也越大。同一代的產(chǎn)品，通常需要幾個(gè)封裝來盡可能覆蓋更多的電流等級(jí)，以滿足驅(qū)動(dòng)不同功率負(fù)載的要求。例如對(duì)于第6代DIPIPM™，超小型封裝600V產(chǎn)品其電流覆蓋范圍為5~35A,小型封裝600V產(chǎn)品電流范圍可以覆蓋20~50A，而大型封裝600V產(chǎn)品電流范圍覆蓋50~75A，總體上來說600V產(chǎn)品采用三種封裝可以覆蓋電流范圍5~75A。當(dāng)然采取一個(gè)大型封裝來覆蓋5~75A的電流范圍也是可以的，只是從經(jīng)濟(jì)性考慮，采用大封裝的小電流產(chǎn)品的性價(jià)比沒有優(yōu)勢(shì)。對(duì)于三菱電機(jī)DIPIPM™傳統(tǒng)的封裝如：大型封裝､小型封裝､超小型封裝由于開發(fā)時(shí)間早，且經(jīng)歷了多次的產(chǎn)品升級(jí)，形成了不同的產(chǎn)品代，目前超小型､小型封裝的產(chǎn)品已經(jīng)發(fā)展到了第7代，而大型封裝的產(chǎn)品目前發(fā)展到了第6代。表1給出了超小型､小型､大型封裝的主要產(chǎn)品型號(hào)及規(guī)格。
對(duì)于新的封裝包括SLIMDIP™封裝､SOPIPM™､DIPIPM+™､大型DIPIPM+™，由于開發(fā)應(yīng)用歷史較短，沒有形成產(chǎn)品代。表2給出了SLIMDIP™、SOPIPM™、DIPIPM+™、大型DIPIPM+™產(chǎn)品的主要型號(hào)。
表1､表2中列出的這些產(chǎn)品型號(hào)是三菱電機(jī)DIPIPM™的主要型號(hào)，每個(gè)主要型號(hào)實(shí)際上又會(huì)根據(jù)管腳排列不同､功能的增加等因素派生出許多衍生型號(hào)。如PS21964同時(shí)存在PS21964-T､PS21964-AT､PS21964-ST等型號(hào)。下圖2是三菱電機(jī)超小型､小型､大型封裝的DIPIPM™第5代及之前產(chǎn)品的命名方法。到了第6代產(chǎn)品，三菱電機(jī)對(duì)其命名方法進(jìn)行了改進(jìn)，如圖3所示。
表1､表2中列出的這些產(chǎn)品型號(hào)是三菱電機(jī)DIPIPM™的主要型號(hào)，每個(gè)主要型號(hào)實(shí)際上又會(huì)根據(jù)管腳排列不同､功能的增加等因素派生出許多衍生型號(hào)。如PS21964同時(shí)存在PS21964-T､PS21964-AT､PS21964-ST等型號(hào)。下圖2是三菱電機(jī)超小型､小型､大型封裝的DIPIPM™第5代及之前產(chǎn)品的命名方法。到了第6代產(chǎn)品，三菱電機(jī)對(duì)其命名方法進(jìn)行了改進(jìn)，如圖3所示。
三菱電機(jī)DIPIPM™從面世以來就一直堅(jiān)持產(chǎn)品創(chuàng)新，其產(chǎn)品升級(jí)換代的主要?jiǎng)恿碜杂谑袌?chǎng)對(duì)低損耗､高性能､小型化､多功能､低成本､易使用等指標(biāo)的不懈追求。三菱電機(jī)DIPIPM™的應(yīng)用也由最初的家電領(lǐng)域擴(kuò)展到了諸多的新型領(lǐng)域，產(chǎn)品所能覆蓋的功率等級(jí)也由起初的數(shù)百瓦發(fā)展到了十幾千瓦。目前三菱電機(jī)主要產(chǎn)品有7大封裝，盡管每一個(gè)封裝的產(chǎn)品電路原理､封裝結(jié)構(gòu)､制造工藝等基本類似，但是由于面向的應(yīng)用領(lǐng)域不盡相同，其產(chǎn)品又有各自的特點(diǎn)，只有更好地掌握每個(gè)產(chǎn)品的具體特點(diǎn)，才能選好用好DIPIPM™產(chǎn)品，下面將按照封裝的不同，對(duì)三菱電機(jī)當(dāng)前的主推型號(hào)及特點(diǎn)進(jìn)行分別介紹。
第6/7代超小型DIPIPM™ 產(chǎn)品型號(hào)及主要特點(diǎn)
作為三菱電機(jī)DIPIPM™家族中當(dāng)仁不讓的最能打的產(chǎn)品，超小型封裝的產(chǎn)品在所有封裝中出貨量最大，從誕生之日起就一直活躍在以變頻家電為主的小功率變頻應(yīng)用的第一線，產(chǎn)品也發(fā)展到了第7代。其主推型號(hào)如表3所示。超小型產(chǎn)品最大的特點(diǎn)是采用同一封裝電流覆蓋范圍從5~40A，通用性好，代與代的產(chǎn)品在升級(jí)時(shí)完全兼容，客戶在應(yīng)用時(shí)，可以達(dá)到即插即用的效果。第7代超小型的產(chǎn)品，在第6代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，芯片允許結(jié)溫提升到了175℃，更適合需要更高性能的工業(yè)應(yīng)用。新型SiC半導(dǎo)體材料也被應(yīng)用到了超小型產(chǎn)品上，15A&25A/600V的全SiC DIPIPM™已經(jīng)被成功地應(yīng)用到了高能效變頻空調(diào)上。
2.1.2
DIPIPM™當(dāng)前主推型號(hào)及特點(diǎn)
作為三菱電機(jī)DIPIPM™家族中當(dāng)仁不讓的最能打的產(chǎn)品，超小型封裝的產(chǎn)品在所有封裝中出貨量最大，從誕生之日起就一直活躍在以變頻家電為主的小功率變頻應(yīng)用的第一線，產(chǎn)品也發(fā)展到了第7代。其主推型號(hào)如表3所示。超小型產(chǎn)品最大的特點(diǎn)是采用同一封裝電流覆蓋范圍從5~40A，通用性好，代與代的產(chǎn)品在升級(jí)時(shí)完全兼容，客戶在應(yīng)用時(shí)，可以達(dá)到即插即用的效果。第7代超小型的產(chǎn)品，在第6代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，芯片允許結(jié)溫提升到了175℃，更適合需要更高性能的工業(yè)應(yīng)用。新型SiC半導(dǎo)體材料也被應(yīng)用到了超小型產(chǎn)品上，15A&25A/600V的全SiC DIPIPM™已經(jīng)被成功地應(yīng)用到了高能效變頻空調(diào)上。
由于封裝大小限制，對(duì)于電流超過50A的應(yīng)用，超小型和小型產(chǎn)品將無能為力，這時(shí)就輪到三菱電機(jī)大型DIPIPM™出場(chǎng)了，雖然在三菱DIPIPM™家族中，大型產(chǎn)品的出貨量遠(yuǎn)不及超小型､小型產(chǎn)品，但隨著變頻商用空調(diào)等領(lǐng)域的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)于大功率的DIPIPM™需求也在迅速增長(zhǎng)，三菱電機(jī)大型封裝的DIPIPM™也由第4代升級(jí)到了第6代。與超小型､小型不同的是大型封裝的DIPIPM™目前沒有第7代產(chǎn)品，且側(cè)重于1200V的三相應(yīng)用，第6代產(chǎn)品與第4代產(chǎn)品相比，其內(nèi)部配置了用于自舉電路的自舉二極管，不再需要在線路板上裝配自舉二極管，簡(jiǎn)化了PCB設(shè)計(jì)，降低了成本，第6代大型產(chǎn)品封裝與第4代依舊兼容，利于客戶產(chǎn)品升級(jí)。表5給出了第4/6代大型產(chǎn)品的主要型號(hào)。
DIPIPM+™和大型DIPIPM+™與傳統(tǒng)的DIPIPM™相比其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同，增加了整流和剎車單元，因而其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也由單純的逆變結(jié)構(gòu)演變成了CIB（Converter+Inverter+Brake）結(jié)構(gòu)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化帶了集成度的提高，采用DIPIPM+™作為功率器件的變頻裝置，體積更小､結(jié)構(gòu)更緊湊，特別適合對(duì)體積要求高的應(yīng)用領(lǐng)域如：商用空調(diào)、工業(yè)變頻器、伺服控制器等。三菱電機(jī)采用DIPIPM+™結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品有兩種封裝，DIPIPM+™和大型DIPIPM+™，大型封裝的產(chǎn)品，電流覆蓋范圍更大。其產(chǎn)品型號(hào)如表6所示。
SLIMDIP™是三菱電機(jī)面向家電領(lǐng)域的主打產(chǎn)品，有機(jī)會(huì)取代超小型產(chǎn)品成為變頻家電領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)品。與超小型產(chǎn)品相比，SLIMDIP™最大特點(diǎn)就是體積更小，由于采用了RC-IGBT（逆導(dǎo)型IGBT）芯片，其內(nèi)部配置的續(xù)流二極管與IGBT集成在了同一芯片上，與超小型DIPIPM™相比，內(nèi)部的功率芯片的個(gè)數(shù)減少了6只，因而體積比超小型降低了約30%。體積的減小使SLIMDIP™產(chǎn)品在講究性價(jià)比的家電領(lǐng)域更具競(jìng)爭(zhēng)力。而SOPIPM™產(chǎn)品是三菱電機(jī)為了滿足更小功率應(yīng)用如變頻冰箱、風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)等而設(shè)計(jì)開發(fā)的采用貼片封裝的DIPIPM™，在某種程度上可以說SOPIPM™是貼片版的SLIMDIP™，其內(nèi)部同樣配置有RC-IGBT芯片，功能上SOPIPM™內(nèi)置了PWM信號(hào)內(nèi)部互鎖功能，可以有效防止因噪聲或驅(qū)動(dòng)錯(cuò)誤等導(dǎo)致的上下橋臂直通，從而最大限度保護(hù)功率模塊。相較其它產(chǎn)品，SOPIPM™產(chǎn)品開發(fā)起步較晚，其產(chǎn)品目前只有2A的產(chǎn)品，其它規(guī)格的產(chǎn)品也在陸續(xù)開發(fā)當(dāng)中。表7給出了SLIMDIP™和SOPIPM™的產(chǎn)品型號(hào)表。
功率半導(dǎo)體器件有許多種類，每種功率器件都有其最適合的應(yīng)用，與其它功率器件如IPM､IGBT模塊相比，DIPIPM™所能處理的功率范圍要小得多，其適合應(yīng)用的領(lǐng)域也以小功率為主，這與DIPIPM™的特點(diǎn)是分不開的。DIPIPM™的優(yōu)勢(shì)在于設(shè)計(jì)應(yīng)用簡(jiǎn)單､集成度高､低成本，適合諸如家電､工業(yè)等對(duì)成本要求高､產(chǎn)品更新速度快､大批量生產(chǎn)的領(lǐng)域。近年來，為了保護(hù)地球環(huán)境減少碳排放，越來越多的領(lǐng)域開始采用變頻技術(shù)，以提高能效。在家電領(lǐng)域，變頻家電的份額逐年提高，特別是家庭中的耗電大戶，變頻空調(diào)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)已基本取代了定速空調(diào)。除了空調(diào)壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)，空調(diào)的風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)也日漸變頻化。洗衣機(jī)､冰箱､洗碗機(jī)､烘干機(jī)等家電變頻比例也越來越大。在工業(yè)領(lǐng)域通用變頻器､伺服控制器､小型光伏逆變器等在節(jié)能環(huán)保的大背景下，市場(chǎng)需求越來越多，這些領(lǐng)域?yàn)镈IPIPM™提供了廣闊的應(yīng)用空間。
圖4給出了適合DIPIPM™應(yīng)用的領(lǐng)域，圖中橫坐標(biāo)是功率等級(jí)，縱坐標(biāo)是應(yīng)用時(shí)PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的載頻。在選擇DIPIPM™時(shí)，最重要的是根據(jù)負(fù)載所需要的功率和其驅(qū)動(dòng)所需載頻來選擇合適的DIPIPM™。由于驅(qū)動(dòng)負(fù)載的類型的不同，所需要PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)載頻也不同，載頻的大小與DIPIPM™功率損耗正相關(guān)，即載頻越大，損耗越大，DIPIPM™所能輸出的功率也越小。由圖4可以看出，DIPIPM™適合功率范圍是幾十瓦到15kW左右，載頻在20kHz以下的功率變換應(yīng)用。
本次講座是系列講座的第4講，前三講主要圍繞功率器件基本知識(shí)進(jìn)行介紹，從本講開始正式進(jìn)入DIPIPM™相關(guān)內(nèi)容，重點(diǎn)圍繞DIPIPM™結(jié)構(gòu)特點(diǎn)､選型原則､電路設(shè)計(jì)､PCB布線技巧､生產(chǎn)注意事項(xiàng)､健康管理､故障分析等諸多方面進(jìn)行講座，敬請(qǐng)期待！
主要參考文獻(xiàn)：
[1] “Super Mini DIPIPM Ver.6 APPLICATION NOTE”by Mitsubishielectric
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